大規(guī)模群體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)模擬研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、鳥群、魚群和人群等集群運(yùn)動(dòng)是自然界最美麗也最常見的景象之一。但是這些復(fù)雜的集群運(yùn)動(dòng)在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫領(lǐng)域卻不多見。近幾十年來(lái),由于影視動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)游戲等領(lǐng)域的不斷發(fā)展,群體動(dòng)畫也成為人們研究的熱點(diǎn)方向。尤其是對(duì)大量人群聚集的實(shí)時(shí)交互性行為的研究,在虛擬訓(xùn)練、安全預(yù)演、數(shù)字游戲等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。它通過(guò)探索真實(shí)世界中群體行為的物理本質(zhì)和生物學(xué)、社會(huì)學(xué)特性,利用計(jì)算機(jī)為生物體建立行為模型,從而更加逼真的表現(xiàn)生物體的群體行為。與典型

2、的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫建模只關(guān)注角色外形和物理性質(zhì)相比,基于智能體角色的行為動(dòng)畫專注于角色行為的建模,處理角色的行為和運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)。這些行為包括了從低級(jí)的路徑規(guī)劃到高級(jí)的情感交互等行為。但是由于群體中個(gè)體行為的復(fù)雜性和多樣性,大規(guī)模群體中對(duì)每個(gè)個(gè)體的行為控制帶來(lái)的計(jì)算量巨大,難以滿足實(shí)時(shí)模擬的應(yīng)用需求。本文以萬(wàn)人級(jí)大規(guī)模群體為研究對(duì)象,試圖在群體行為模擬的真實(shí)感和效率之間尋求一個(gè)良好的平衡點(diǎn)。
　　 本文展示了具有代表性的群體行為模型,包括粒

3、子系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、行為系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、混亂模型等行為模型和認(rèn)知模型;介紹了角色動(dòng)畫系統(tǒng)的架構(gòu),并說(shuō)明了群體動(dòng)畫子系統(tǒng)的框架以及在整個(gè)系統(tǒng)中所處的地位;提出了群體動(dòng)畫建模方法,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)人級(jí)群體運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)模擬,展現(xiàn)了真實(shí)感的群體行為,包括路徑規(guī)劃、碰撞避免、運(yùn)動(dòng)跟隨等。
　　 一課題的研究著重集中在以下兩個(gè)方面:
　　 第一,對(duì)群體動(dòng)畫模擬方法作出了全面的研究和透徹的分析,在此基礎(chǔ)上提出了一種基于行為模型的大規(guī)模群